栓皮櫟熱值與碳含量相關(guān)性研究

譚元國，杜 燕，孟 偉，彭祚登

(1.貴州省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院，貴州 貴陽 550003； 2.貴州省清鎮(zhèn)市生態(tài)文明建設(shè)局，貴州 貴陽 551400； 3.北京林業(yè)大學(xué)省部共建森林培育與保護教育部重點實驗室，北京 100083)

栓皮櫟熱值與碳含量相關(guān)性研究

譚元國1，杜 燕2，孟 偉1，彭祚登3

(1.貴州省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院，貴州 貴陽 550003； 2.貴州省清鎮(zhèn)市生態(tài)文明建設(shè)局，貴州 貴陽 551400； 3.北京林業(yè)大學(xué)省部共建森林培育與保護教育部重點實驗室，北京 100083)

以16 a到70 a的11株栓皮櫟為研究對象，分別測定其樹葉、樹皮、樹枝、樹干的干重?zé)嶂?、灰分含量及碳含量值；利用栓皮櫟各器官的干重比值計算栓皮櫟地上部分的干重?zé)嶂?、灰分含量和碳含量值，運用SPSS軟件對栓皮櫟地上部分熱值與碳含量做曲線估計，得出最佳擬合方程。結(jié)果表明：栓皮櫟樹葉和樹皮的熱值含量較高，是地上植株部分的主要熱值器官，樹葉、樹皮的熱值與碳含量的相關(guān)性強于樹枝、樹干熱值與碳含量的相關(guān)性；栓皮櫟地上部分的干重?zé)嶂蹬c碳含量、去灰分熱值與碳含量的最佳模型均為二次方模型，分別為：y=-190.911x2+1182.426x-28.057、y=-131.696x2+137.217x-18.841，相關(guān)系數(shù)分別為0.929、0.933。研究結(jié)果可為栓皮櫟能源林灌木化的可行性提供參考。

栓皮櫟；干重?zé)嶂?；去灰分熱值；碳含量；相關(guān)性

清潔能源的開發(fā)與利用越來越受到人們的關(guān)注，森林能源既是高熱值的可再生能源又是無污染的清潔能源[1]。自20世紀70年代發(fā)生石油危機以來，世界各國開始重新評估森林能源的價值，“能源林”也逐漸發(fā)展成為一門新的分支學(xué)科[2]。能源林的主要評價指標是植物熱值和碳含量[3]，因此開展植物熱值與碳含量的關(guān)系研究對生物質(zhì)能源的開發(fā)具有重要意義。

關(guān)于植物熱值與碳含量關(guān)系的研究，國外的研究側(cè)重于植物熱值測定及能量分配研究[4-6]，國內(nèi)在植物熱值與碳含量間相關(guān)性研究較多[7-8]，研究側(cè)重于植物的單個指標，即熱值、碳含量在各個器官之間的比重[9-11]，如阮宏華等[12]在蘇南丘葭主要森林類型碳循環(huán)研究中涉及栓皮櫟各個器官的碳含量排序為皮>葉>干>枝>根，但并未涉及熱值與碳含量的相關(guān)關(guān)系研究，關(guān)于栓皮櫟樹種的熱值與碳含量相關(guān)性的研究較少。栓皮櫟是我國分布廣泛且十分重要的山地造林樹種，具有重要的能源開發(fā)利用價值。本文對栓皮櫟的熱值和碳含量關(guān)系進行研究，可以為今后栓皮櫟的能源林的灌木化培育經(jīng)營提供參考。

1 材料與方法

1.1研究區(qū)概況

研究材料選自北京林業(yè)大學(xué)妙峰山教學(xué)實驗林場，該林場位于北京市西北郊太行山北部，燕山東端，面積為811.73 hm2，地理坐標為39°54′N、116°28′E，距北京市中心30 km，最低海拔約為70 m，最高峰海拔1150 m，年均降水量650～750 mm，年平均氣溫12 ℃[13]。屬華北大陸性季風(fēng)氣候，植被屬于溫帶落葉林帶的山地櫟林和油松林帶。

1.2樣品制備

栓皮櫟為林場的造林樹種，林分林相整齊，群落相對穩(wěn)定。根據(jù)實地調(diào)查后，選擇自然密度下的標準地進行采樣。采集的栓皮櫟樹齡分別是16、17、24、27、32、36、46、48、55、57、70 a。在胸徑處采樹皮、樹干樣品(盡量采集樹干心材部位)，樹葉、樹枝根據(jù)不同冠幅、層次混合取樣。分別將采集的葉、皮、枝和干樣品裝入紙袋封好，帶回實驗室在80 ℃的恒溫箱內(nèi)烘干至恒重，將烘干的樣品用高速粉碎機粉碎、過100目篩之后裝入自封袋備用。

1.3指標測定方法

采用美國PARR6300氧彈量熱儀測定熱值，得到被測試樣的彈筒發(fā)熱量值(gross caloric value，GCV)，即干重?zé)嶂担徊捎酶苫一y定灰分含量；根據(jù)測定的干重?zé)嶂岛突曳趾坑嬎銟悠返娜セ曳譄嶂?ash-free caloric value，AFCV)；采用K2Cr2O7容量法測定全碳含量。

2 結(jié)果與分析

2.1各個器官熱值與碳含量相關(guān)性

不同年齡栓皮櫟各器官熱值比較見圖1～圖2。由圖1、圖2可知，各個器官的干重?zé)嶂捣秶?6.5555～21.3216 kJ·g-1之間，去灰分熱值范圍在17.7079～22.3962 kJ·g-1之間，樹葉和樹皮的干重?zé)嶂?、去灰分熱值均高于樹枝和樹干，是地上部分的主要熱值器官?/p>

圖1 各器官干重?zé)嶂当容^

圖2 各器官去灰分熱值比較

利用SPSS軟件對11個年齡的栓皮櫟各器官熱值與其碳含量做相關(guān)分析，結(jié)果見表1。由表1可以看出，各器官干重?zé)嶂蹬c碳含量的相關(guān)系數(shù)在0.492～0.786之間，相關(guān)性由強到弱依次是樹葉、樹皮、樹枝、樹干；去灰分熱值與碳含量的相關(guān)系數(shù)在0.528～0.615之間，相關(guān)性由強到弱依次是樹皮、樹葉、樹枝、樹干。

2.2栓皮櫟地上部分熱值與碳含量關(guān)系

本研究對干重比例根據(jù)已有研究成果及調(diào)查實際情況制定[14]，各器官干重比例見表2。栓皮櫟地上部分各指標值計算公式為：地上部分權(quán)重值=樹葉×葉的干重比例+樹皮×皮的干重比例+樹枝×枝的干重比例+樹干×干的干重比例。計算結(jié)果見表3。

表1 各器官熱值與其含碳量相關(guān)性分析

*：**為極顯著相關(guān)；*為顯著相關(guān)。

表2 栓皮櫟各器官干重比例

表3 栓皮櫟地上部分各指標權(quán)重值

用SPSS對栓皮櫟干重?zé)嶂怠己孔銮€估計，結(jié)果見表4。由表4可知，在回歸分析中，從R值可知，二次方模型和三次方模型相關(guān)系數(shù)較高，分別為0.929、0.930，結(jié)合F值，最終選取二次方模型為栓皮櫟地上部分干重?zé)嶂怠己糠匠?，即y=-190.911x2+1182.426x-28.057。

表4 栓皮櫟干重?zé)嶂怠己壳€估計分析

*：因變量為干重?zé)嶂?；自變量為碳含量?/p>

同理，可得栓皮櫟地上部分去灰分熱值—碳含量曲線估計結(jié)果見表5。由表5可知，結(jié)合R值與F值，二次方方程模擬效果最好，因此去灰分熱值—碳含量方程為：y=-131.696x2+137.217x-18.841。

表5 栓皮櫟去灰分熱值—碳含量曲線估計分析

*：因變量為去灰分熱值；自變量為碳含量。

栓皮櫟地上部分干重?zé)嶂?、去灰分熱值與碳含量的模擬方程均為開口向下的拋物線方程，這表示當碳含量達到一定值時，熱值能取到最大值。在實際工作中，可圍繞如何調(diào)節(jié)碳含量的方法來研究增加熱值的問題。

3 小結(jié)

1)栓皮櫟樹葉和樹皮的熱值含量較高，是地上植株部分的主要供能器官；各個器官的干重?zé)嶂蹬c碳含量的相關(guān)性由強到弱依次是葉、皮、枝、干；去灰分熱值與碳含量的相關(guān)性由強到弱依次是皮、葉、枝、干，即葉、皮的熱值與碳含量的相關(guān)性強于枝、干熱值與碳含量的相關(guān)性。

2)以栓皮櫟地上部分的干重?zé)嶂?、去灰分熱值為因變量，以碳含量為自變量得到模擬方程分別為：y=-190.911x2+1182.426x-28.057、y=-131.696x2+137.217x-18.841。

3)栓皮櫟在能源林的開發(fā)利用方面具有較高的利用價值，地上部分的樹葉和樹皮熱值含量高，是重要供能器官，且樹葉、樹皮熱值與其各自碳含量關(guān)系密切，栓皮櫟能源林在灌木化的過程中，樹皮和樹葉的面積相應(yīng)增大，現(xiàn)階段利用經(jīng)營措施和其他技術(shù)手段增加植物碳含量較容易實現(xiàn)，研究結(jié)果從一方面說明栓皮櫟能源林的灌木化具有可行性，為下一步栓皮櫟能源林的開發(fā)和利用提供一定的參考。

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AStudyontheCorrelationBetweenCaloricValueandCarbonContentofQuercusvariabilis.

TANYuanguo1，DUYan2，MENGWei1，PENGZuodeng3

(1.GuizhouForestrySurveyPlanningInstitute，Guiyang550003，Guizhou，China； 2.EcologicalcivilizationconstructionbureauofQingzhenCityinGuizhouprovince，Guiyang551400，Guizhou，China； 3.TheKeyLaboratoryforSilvicultureandConservationofMinistryofEducationofBeijingForestryUniversity，Beijing100083，China)

11 trees ofQuercusvariabilisfrom age 16 to age 70 are chosen as the research objects，and then the gross caloric values，ash content and carbon content value of leave，bark，branch and trunk were determined in turn.To use the dry weight ratio to calculate the gross caloric values，ash content and carbon content of the aerial part.Making curve estimations of the aerial part caloric values and carbon content to get the the best fitting equation by using SPSS.The results show that：the caloric value of leave and bark is much higher，which means the main energy supply organs are leave and bark，the correlation of caloric value and carbon content of leave and bark is stronger than the branch and trunk；the best-fit model of the gross caloric value and carbon content is quadratic linear regression model，the ash-free caloric value either，y=-190.911x2+1182.426x-28.057，y=-131.696x2+137.217x-18.841，the correlation index are 0.929 and 0.933.The results can be providing a reference for the feasibility ofQuercusvariabilisenergy forest.

Quercusvariabilis；gross caloric value；ash free caloric value；carbon content；correlation

10.13428/j.cnki.fjlk.2017.03.005

2017-03-01；

： 2017-04-06

“十一五”國家科技支撐計劃(2006BAD18B0103)；教育部高等學(xué)校科技創(chuàng)新工程重大項目培育資金項目(706007)

譚元國(1968—)，男，貴州貴陽人，貴州省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院工程師，從事林業(yè)調(diào)查規(guī)劃設(shè)計工作。E-mail：tanyuanguo0207@126.com。

孟偉(1987—)，男，河南寧陵人，貴州省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院工程師，從事林業(yè)調(diào)查規(guī)劃設(shè)計工作。E-mail：641816613@qq.com。

S727.4

： A

： 1002-7351(2017)03-0030-03